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Elektroerosionsverfahren und Impulsgenerator zur Materialabtragung bei Metallen mittels einer Folge einpoliger Bogenimpulse von niederfrequenter Impulsfolgefrequenz
Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektroerosionsverfahren und einen Impulsgenerator zur Materialabtragung bei Metallen mittels einer Folge einpoliger Bogenimpulse von niederfrequenter Impulsfol- gefrequenz.
Bekanntlich beträgt bei Elektroimpulsbearbeitung von Formfläche, d. h. bei Kopier-Räum -Arbeits - gängen die maximale Materialabnahme bei Stahl 5000-6000 mmS/min und bei einigen hitzebeständi- gen Stählen 9000-10000 mm'/min.
Beharrliche Bemühungen, diese Grenzen für die Materialabnahme zu überschreiten, was an und für sich grundsätzlich durch Abänderung der Kenngrössen der Impulsentladungen erreicht werden könnte, sind bis jetzt ergebnislos geblieben.
Von den Erfindern durchgeführte Untersuchungen, welche den Zweck hatten, die Möglichkeit einer Steigerung der Elektroimpulsbearbeitungsleistung zu erkunden, erwiesen, dass bei konstanter Frequenz allein durch Erhöhung der Stromstärke, eine wesentliche Steigerung der Leistung nicht zu erreichen ist.
So beträgt z. B. für Stahl bestimmter Zusammensetzung bei einer Frequenz von 400 Impulsen/sec der höchstzulässige Strom etwa 500 A und die Grenze der Materialabtragung etwa 7000 mm'/min, wogegen bei höheren Frequenzen diese Grenze niedriger liegt.
Es wurde festgestellt, dass bei sonst gleichen Verhältnissen die in der Arbeitszone nutzbar aufgewendete Energie (d. h. der Wirkungsgrad des Arbeitsprozesses), sowie die erreichbare Abtraggeschwin- digkeit, d. i. die pro Zeiteinheit abgetragene Menge, mit einer Herabsetzung der Impulsfolgefrequenz und einer entsprechenden Steigerung der Impulsenergie anwachsen und eine maximaleAbtraggeschwin- digkeit mit einem Generator erreichbar ist, welcher bei einer Folgefrequenz von 50 bis 300 Hz Impulse mit einer Energie von einigen hundert Wattsekunden erzeugt.
Die Erfindung ist auf das Ziel gerichtet, die Abtraggeschwindigkeit bei Elektroimpulsniederfre- quenzbearbeitung von Metallen wesentlich zu steigern, den spezifischen Energieaufwand herabzusetzen und eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Arbeitsprozesses zu gewährleisten. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, die Standfestigkeit der Elektrodenwerkzeuge zu erhöhen und die Möglichkeit zu schaffen, in manchen Fällen eine praktisch verschleissfrei Arbeit der Werkzeuge bei Hochleistung zu erzielen.
Dieses Ziel lässt sich mit einem Elektroerosionsverfahren der eingangs erwähnten Art erreichen, bei welchem erfindungsgemäss die Energie der Einzelimpulse der Folge auf einem Wert von mehreren hundert Wattsekunden, gleichzeitig die Impulsdauer r in Abhängigkeit von der Energie der Einzelimpulse
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auf einem nahe dem Wert l liegenden Wert gehalten und dadurch die Abnutzung der Elektroden herabgesetzt und ein Wert der Abtragsgeschwindigkeit zwischen 7000 und mehreren zehntausend mm3/min. erreicht wird.
Die Anwendung solcher Impulsparameter bei Bearbeitung von Formflächen nach Mass, wurde bisher als vollkommen unmöglich betrachtet, u. zw. erstens wegen der Unmöglichkeit der Einhaltung einer einigermassen genauen Elektrodenform bei einer Impulsdauer von mehr als 2000 bis 2000 Mikrosekunden und zweitens infolge der Unstabilität des Arbeitsprozesses bei Erhöhung der Impulsenergie bis auf Hunderte von Wansekunden.
Eine gleichzeitige Erhöhung der Energie und der Dauer der Impulse (welche Parameter, getrennt genommen, nach Überschreitung einer gewissen Grenze, eine Herabsetzung der Geschwindigkeit zur Folge hatten) gestattet es überraschend, die Abtraggeschwindigkeit in nicht zu erwartendem Ausmass zu steigern und. dadurch ein vollkommen unvorhersehbares Ergebnis zu erreichen, nämlich eine Abtraggeschwindigkeit von Zehntausenden mm3/min.
Dabei wird die Leistungserhöhung nicht nur durch die Steigerung des Impulsarbeitsstromes bedingt, sondern auch, u. zw. in noch grösserem Masse, durch die Herabsetzung des spezifischen Leistungsaufwandes im Arbeitsvorgang, was eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades des Prozesses bedeutet.
Bekanntlich führt bei der Elektroimpulsniederfrequenzbearbeitung von Metallen die Verwendung von Impulsen erhöhter Zeitdauer zu einer schnellen Reduzierung von Kohlenstoff aus dem in Bearbeitung befindlichen Werkstoff. Dies hat eine Erhöhung der Standfestigkeit der Elektrodenwerkzeuge zur Folge, welche so wesentlich sein kann, dass beispielsweise bei Elektroden aus graphitiertem Werkstoff wegen der Selbstwiederherstellung ein Verschleiss überhaupt nicht auftritt.
Es ist möglich die Bilanz zwischen Zerstörung und Wiederherstellung der Elektrode nicht nur aufrechtzuerhalten, sondern auch die Wiederherstellung überwiegend zu machen. In diesem Falle findet kein Verschleiss der Elektrode statt, sondern deren Abmessungen vergrössern sich.
Der letztgenannte Umstand ermöglicht eine neue Art der Bearbeitung. Bekanntlich ist eine Bearbeitung von Formflächen nach Mass mittels Wechselstrom praktisch nicht möglich. Einer der Gründe ist der Polaritätseffekt, der sich darin auswirkt, dass eine der Elektroden, nämlich das Werkzeug, das bei einer Elektroimpulsbearbeitung die Anode darstellt, weniger zerstört wird, als die andere. Ein periodischer Wechsel der Polarität führt unter üblichen Verhältnissen zum schnellen Verschleiss des Elektrodenwerkzeuges und gerade zur Bekämpfung dieser Erscheinung war die Anwendung von verhältnismässig komplizierten Generatoren notwendig, welche streng einpolige Impulse erzeugen.
Es hat sich gezeigt, dass es möglich ist. der die Materialabtragung bewirkenden Impulsfolge eine Folge mit entgegengesetzt polarisierten Impulsen von kürzerer Impulsdauer zu überlagern und auf diese Weise die Abnutzung der Werkzeugelektrode zu steuern bzw. die letztere wieder. herzustellen. Es ist nur darauf zu achten, dass die überlagerte Impulsfolge, die im übrigen die gleiche Folgefrequenz aufweist, wie die Folge der Hauptimpulse, dieser gegenüber gehörig verschoben ist, so dass zwischen den Impulsen der beiden Folgen ein deutlich ausgeprägter Abstand geschaffen ist.
Von den Parametern der überlagerten Impulsfolge, nämlich der Dauer und der Energie der Einzelimpulse kann wenigstens einer periodisch oder zeitweilig geändert werden.
Die Anwendung dieser Massnahmen gestattet es, bei der Entladung mit der einen Polarität eine Selbstwiederherstellung des Werkzeuges zu erreichen, welche dessen Abnutzung bei der folgenden Entladung kompensiert.
Als Folge der Möglichkeit einer sprungartigen Leistungserhöhung werden verhältnismässig grosse Einzelteile in das Gebiet der rationellen Anwendung der Elektroimpulsbearbeitung einbezogen. Dies führt aber dazu, dass bei Bearbeitung mittels Impulsen hoher Energien eine geringe Oberflächenreinheit nicht mehr ein Hindernis für die Anwendung von Hochleistungsbedingungen bei Elektroimpulsbearbeitung bildet.
Nachdem dieHö ! 1e derUllebenheiten auf der Erosionsfläche nach einer stufenweise erfolgten Herabsetzung des Abnahmevorganges am Ende der Bearbeitung in den Grenzen von 0, 2 bis 0, 5 mm liegt, und eine hohe Gleichmässigkeit aufweist, wird die nachfolgende Nachbehandlung dieser Fläche wesentlich erleichtert.
Bis heute wurden als Unipolar-Impulsgeneratoren hauptsächlich'elektrische Maschinen verwendet.
In den bekannten statischen Anlagen wurden zur Elektroimpulsbearbeitung von Metallen Impulsgeneratoren mit Ionenstroniwandlern verwendet, die bei einer Frequenz von 50 bis 300 Impulsen pro Sekunde ein Impulsverhältllis von l, 00 bis 5, 0 liefern. Dieselben sind aber unsicher im Betrieb, haben
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eine begrenzte Lebensdauer und neigen zur Rückzündung und andern Störungen.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Impulsgeneratoren können viel einfacher aufgebaut sein. Solche Impulsgeneratoren sind nach einem Merkmal der Erfindung als an sich bekannte magnetisch gesättigte Spitzentransformatoren, mit einer in den die Arbeitselektrode enthal tenden Sekundärkreis verlegten Einweg- oder Vollweggleichrichterschaltung ausgebildet, wobei diese Spitzentransformatoren einen magnetischen Nebenschluss zur Änderung der Impulsfolgefrequenz aufweisen.
Die Generatoren können aber auch anders aufgebaut sein, nämlich im Einklang mit der Erfindung aus mindestens einem Magnetverstärker mit Selbstsättigung und zwei Kernen bestehen, auf denen je eine Arbeitswicklung und eine Steuerwicklung untergebracht, die beiden an eine Wechselstromquelle anschliessbaren Arbeitswicklungen in Serie und an einen Einweg- oder Vollweggleichrichter mit ungesteuerten Ventilen geschaltet und die Steuerwicklungen zum gemeinsamen Speisen von einer Gleichstromquelle ebenfalls in Reihe geschaltet sind. Generatoren beider Typen sind imstande, Anlagen mit Impulsen von verhältnismässig niedriger Frequenz (50-300 Impulse pro Sekunde), bei praktisch unbegrenzter Leistung derselben, zu versorgen, wodurch eine Erhöhung der Leistung und eine Verminderung des Verschleisses der Werkzeuge erreichbar ist.
Wegen des Wegfalles von Ionen- bzw. Elektronengeräten lässt sich mit solchen Generatoren im Vergleich zu den bekannten statischen Anlagen eine Vereinfachung sowie eine Erhöhung der Sicherheit und der Lebensdauer der gesamten Anlage erzielen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher beschrieben, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In diesen zeigen die Fig. 1-9 Schaltbilder von Impulsgeneratoren mit Spitzentransformatoren und die Fig. 10-14 im Schaltbild Generatoren mit Magnetverstär- kern.
In Fig. 1 ist das Grundschaltbild eines einpoligen Impulsgenerators dargestellt, der aus einem Einphasentransformator und einem Einweggleichrichter besteht.
Die Primärwicklung 1 dieses Impulstransformators befindet sich auf dem ungesättigten Teil 2 und die Sekundärwicklung 4 auf dem gesättigten Teil 3 des Transformatorkemes, welcher mit einem magnetischen Nebenschluss 5 versehen ist. Der magnetische Widerstand kann durch Änderung des Luftspaltes zwischen dem magnetischen Nebenschluss und dem Hauptmagnetleiter des Kernes geregeltwerden. Die Sekundärwicklung 3 ist über einen Gleichrichter 6 und einen Zusatzwiderstand 7 an den Erosionsspalt 8 gelegt.
Der Primärwicklung 1 des Transformators wird eine sinusförmige Spannung zugeführt. Die se- kundäre "Spitzenform"-Spannung wird von der Sekundärwicklung abgegriffen, und mittels des Gleichrichters 6 in eine Folge von einpoligen Impulsen umgewandelt, welche über den Zusatzwiderstand 7 an den Erosionsspalt 8 gelangen. Die Frequenz f dieser Impulsfolge ist der Frequenz des Wechselstromes im Speisenetz gleich.
Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines einpoligen Impulsgenerators, bestehend aus einem Einphasentransformator, und einem Vollweggleichrichter, von welchem an den Erosionsspalt 8 eine Impulsfolge mit der Frequenz 2f abgegeben wird. Eine Impulsfolge gleicher Frequenz wird von dem Generator nach Fig. 3 geliefert, der aus einem Einphasentransformator und einem in Brückenschaltung geschalteten Vollweggleichrichter besteht.
Der in Fig. 4 dargestellte Generator, besteht aus einer Gruppe von drei im Dreieck geschalteten Einphasentransformatoren der beschriebenen Bauart und einemDreiphaseneinweggleichrichter, und erzeugt eine Impulsfolge mit der Frequenz 3f.
Fig. 5 stellt das Schaltbild eines Generators dar, der wieder aus einer Gruppe von drei primärseitig im Stern geschalteten Einphasentransformatoren besteht, an welche ein Dreiphasenvollweggleichrichter angeschlossen ist, an dessen Ausgang eine Impulsfolge mit der Frequenz 6f erhalten wird. Impulse mit gleicher Folgefrequenz lassen sich auch mittels des in Fig. 6 dargestellten Generators erzeugen, welcher aus drei der erwähnten Einphasentransformatoren und einem Dreiphasenvollweggleichrichter in Brückenschaltung aufgebaut ist.
Die Fig. 7 gibt das Schaltbild eines Generators wieder, welcher eine Impulsfolge der Frequenz 3f erzeugt und aus einem Dreiphasenimpulstransformator sowie einem Dreiphaseneinweggleichrichter besteht.
Die in Fig. 8 und 9 im Schaltbild veranschaulichten Generatoren erzeugen Impulsfolgen mit der Frequenz 6f und bestehen je aus einem Dreiphasenimpulstransformator und einem Dreiphasenvollweggleichrichter.
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Die zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens zur Elektroimpulsniederfrequenzbearbeitung von Metallen erforderliche Regelung der Impulsleistung geschieht mittels stufenweise erfolgender Umschaltung von in den Arbeitsstromkreis geschalteten Widerständen (nicht dargestellt) und durch Ände-
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den.
Die Verwendung von Einphasenimpulsgeneratoren empfiehlt sich für eine Bearbeitung mit grossen Stromstärken bei niedriger Frequenz und gewährleistet eine hohe Leistung der Anlage. Dreiphasengeneratoren mit erhöhter Frequenz erweisen sich bei der Fertigbearbeitung der Flächen als vorteilhaft.
Es ist zweckmässig die eben beschriebenen Generatoren bei Mehrfachpositionsanlagen, insbesondere bei automatisch betriebenen Werkabteilungen zu verwenden.
Generatoren nach Art von Magnetverstärkern (Fig. 10-14), können eine in weitem Masse universelle Anwendung finden.
Wie Fig 10 zeigt, sind zwei Wicklungen 9, der Verbraucher 12, nämlich der Erosionsspalt, und ein Gleichrichter z. B. ein Halbleitergleichrichter, in Serie geschaltet. Dem Erosionsspalt kann ein Zusatzwiderstand (nicht dargestellt) vorgeschaltet sein. Diese Kette ist an das speisende Wechselstromnetz gelegt. Jede der Wicklungen 9 ist je auf einem Eisenkern 10 untergebracht, der auch eine Steuerwicklung 13 trägt. Die beiden Steuerwicklungen sind in Reihe und an die Klemmen einer Gleichspannungsquelle geschaltet.
Durch Änderung der Stromstärke in den Steuerwicklungen 13 ist es möglich, im Belastungsstromkreis Stromimpulse mit einem Impulsverhältnis zu erhalten, welches in Abhängigkeit von Änderungen des Steuerstromes variiert, Gleichzeitig ändert sich auch die mittlere Stromstärke im Belastungsstromkreis, wobei eine Verringerung des Belastungsstromes einer Vergrösserung des Impulsverhältnisses entspricht, was eine Erhöhung der Bearbeitungsgüte der Oberflächen zur Folge hat.
Gemäss dem Schaltbild der Fig. 11 ist an das Wechselstromnetz in Serie mit der Belastung 12 und den Wicklungen 9 des Magnetverstärkers ein ; Gleichrichter eingeschaltet, welcher aus vier Ventilen 11 in Brückenschaltung besteht. Dabei werden im Vergleich zur Schaltung nach Fig. 10, die Impulsfrequenz und die mittlere Stromstärke verdoppelt.
Im Schaltbild nach Fig. 12 ist ein Transformator 14 verwendet, dessen Sekundärwicklung eine Mittelpunktanzapfung besitzt. In Serie mit der Transformatorsekundärwicklung liegen die Wicklungen 9 des Magnetverstärkers und die nicht steuerbaren Ventile 11 des Gleichrichters.
Die Belastung 12 ist zwischen den Mittelpunkten der Sekundärwicklung des Transformators und den Wicklungen des Magnetverstärkers geschaltet. Gemäss diesem Schaltbild sind, analog dem vorher erläuterten, die Wicklungen des Magnetverstärkers auf Belastung wechselweise nacheinander geschaltet und die Impulsfrequenz beträgt 2f, wenn f dieFrequenz des Wechselstromes im Speisenetz bedeutet.
Der einpolige Impulsgenerator nach Fig. 13 besteht aus drei Einphaseneinweggeneratoren, welche entsprechend Fig. 10 geschaltet und in Sternschaltung zu einem Dreiphasensystem zusammengeschlossen sind und eine gemeinsame Belastung 12 speisen. Die Impulsfolgefrequenz nach dieser Schaltung beträgt 3f und das Impulsverhältnis ist etwas geringer, als bei Einphasenschaltungen.
Der einpolige impulsgenerator nach der Schaltung der Fig. 14, besteht aus drei Generatoren, welche zu einem Dreiphasensystem mit einem Brückengleichrichter aus sechs ungesteuerten Ventilen 11, die auf eine gemeinsame Belastung 12 arbeiten, zusammengeschaltet sind. Die Impulsfolgefrequenz dieses Generators beträgt 6f.
Bei den mit Vollweggleichrichtung arbeitenden Generatoren nach den Fig. 11, 12 und 14 sind zusätzliche kurzgeschlossene Wicklungen 15 vorgesehen, welche zur Beseitigung der geraden harmonischen Komponenten der Ausgangsspannung des Generators dienen.
Analog wie bei den mit Impulstransformatoren ausgestatteten Generatoren, sind auch bei Generatoren nach Art von Magnetverstärkern Einphasen-und Dreiphasenschaltungen mit Einweggleichrichtern für die praktische Verwendung am zweckmässigsten, da sie es ermöglichen, Stromimpulse grösster Leistung bei höchstem Wert des Impulsverhältnisses zu verwenden, was der höchsten Leistung entspricht.
Schaltungen mit Vollweggleichrichtern sind dort zu bevorzugen, wo eine glattbearbeitete Oberflä-
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che erforderlich ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektroerosionsverfahren zur Materialabtragung bei Metallen mittels einer Folge einpoliger Bo -
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gie der Einzelimpulse der Folge auf einem Wcrt von mehreren hundert Wattsekunden, gleichzeitig die Impulsdauer r in Abhängigkeit von der Energie der Einzelimpulse auf einem zwischen 2000 und mehreren zehntausend Mikrosekunden liegenden Wert und durch Verminderung der Impulsfolgefrequenz das
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den Wert gehalten und dadurch die Abnutzung der Elektroden herabgesetzt und ein Wert der Abtragsgeschwindigkeit zwischen 7000 und mehreren zehntausend mm3/min erreicht wird.
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Electrical discharge machining and pulse generator for material removal from metals by means of a sequence of single-pole arc pulses with a low-frequency pulse repetition frequency
The invention relates to an electrical discharge machining process and a pulse generator for removing material from metals by means of a sequence of single-pole arc pulses of low-frequency pulse train frequency.
It is known that in the case of electro-pulse machining of the form surface, i. H. for copy-broaching operations, the maximum material removal for steel is 5000-6000 mmS / min and for some heat-resistant steels 9000-10000 mm / min.
Persistent efforts to exceed these limits for material removal, which in and of itself could basically be achieved by changing the parameters of the pulse discharges, have so far remained unsuccessful.
Investigations carried out by the inventors, which had the purpose of exploring the possibility of increasing the electrical pulse processing power, have shown that a substantial increase in power cannot be achieved at a constant frequency by increasing the current strength alone.
So z. B. for steel of a certain composition at a frequency of 400 pulses / sec, the maximum permissible current is about 500 A and the limit of material removal about 7000 mm '/ min, whereas at higher frequencies this limit is lower.
It was found that with otherwise the same conditions, the usable energy expended in the work zone (i.e. the efficiency of the work process), as well as the achievable removal rate, i.e. i. the amount removed per unit of time increases with a reduction in the pulse repetition frequency and a corresponding increase in the impulse energy and a maximum removal rate can be achieved with a generator which generates impulses with an energy of several hundred watt seconds at a repetition frequency of 50 to 300 Hz.
The invention is directed towards the goal of significantly increasing the removal rate in the case of electro-pulse low-frequency machining of metals, reducing the specific energy consumption and ensuring an increase in the efficiency of the work process. Another aim of the invention is to increase the stability of the electrode tools and to create the possibility of achieving a practically wear-free operation of the tools with high performance in some cases.
This goal can be achieved with an electrical discharge machining process of the type mentioned at the outset, in which, according to the invention, the energy of the individual pulses of the sequence to a value of several hundred watt seconds, at the same time the pulse duration r as a function of the energy of the individual pulses
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kept at a value close to the value l, thereby reducing the wear on the electrodes and a value of the removal rate between 7000 and several tens of thousands of mm3 / min. is achieved.
The use of such pulse parameters when machining molded surfaces to measure has been considered completely impossible, u. firstly because of the impossibility of maintaining a reasonably accurate electrode shape with a pulse duration of more than 2000 to 2000 microseconds and secondly because of the instability of the work process when the pulse energy is increased to hundreds of wan seconds.
A simultaneous increase in the energy and the duration of the impulses (which parameters, taken separately, resulted in a reduction in the speed after a certain limit was exceeded) makes it possible, surprisingly, to increase the removal speed to an extent that was not to be expected. thereby achieving a completely unpredictable result, namely a removal rate of tens of thousands of mm3 / min.
The increase in power is not only due to the increase in the pulse work current, but also, u. betw. to an even greater extent, by reducing the specific power expenditure in the work process, which means a significant increase in the efficiency of the process.
It is known that in the electro-pulse low-frequency machining of metals, the use of pulses of increased duration leads to a rapid reduction of carbon from the material being machined. This results in an increase in the stability of the electrode tools, which can be so significant that, for example, electrodes made of graphitized material do not wear at all because of the self-recovery.
It is possible not only to maintain the balance between the destruction and restoration of the electrode, but also to make the restoration predominant. In this case, there is no wear on the electrode, but its dimensions increase.
The latter circumstance enables a new type of processing. As is well known, machining of shaped surfaces to measure using alternating current is practically impossible. One of the reasons is the polarity effect, which results in the fact that one of the electrodes, namely the tool, which is the anode during electro-pulse machining, is less destroyed than the other. A periodic change in polarity leads, under normal circumstances, to rapid wear of the electrode tool, and it was precisely to combat this phenomenon that the use of relatively complicated generators was necessary, which generate strictly single-pole pulses.
It has been shown to be possible. to superimpose a sequence with oppositely polarized pulses of shorter pulse duration on the pulse sequence causing the material removal and in this way to control the wear of the tool electrode or the latter again. to manufacture. It is only necessary to ensure that the superimposed pulse sequence, which otherwise has the same repetition frequency as the sequence of the main pulses, is properly shifted in relation to this, so that a clearly pronounced distance is created between the pulses of the two sequences.
At least one of the parameters of the superimposed pulse sequence, namely the duration and the energy of the individual pulses, can be changed periodically or temporarily.
The use of these measures makes it possible to achieve a self-recovery of the tool during the discharge with one polarity, which compensates for its wear during the subsequent discharge.
As a result of the possibility of a sudden increase in power, relatively large individual parts are included in the field of efficient application of electrical pulse processing. However, this means that when machining with high energy pulses, a low surface cleanliness no longer forms an obstacle to the use of high-performance conditions in electrical pulse machining.
After the Hö! 1e of the unevenness on the erosion surface after a gradual reduction of the removal process at the end of the processing is within the limits of 0.2 to 0.5 mm, and has a high level of evenness, the subsequent treatment of this surface is made much easier.
Up to now, mainly electric machines have been used as unipolar pulse generators.
In the known static systems, pulse generators with ion current converters were used for electro-pulse machining of metals, which deliver a pulse ratio of 1.00 to 5.0 at a frequency of 50 to 300 pulses per second. But they are unsafe to operate
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have a limited service life and tend to reignition and other malfunctions.
Pulse generators suitable for carrying out the method according to the invention can be constructed much more simply. According to a feature of the invention, such pulse generators are designed as magnetically saturated peak transformers, known per se, with a one-way or full-wave rectifier circuit laid in the secondary circuit containing the working electrode, these peak transformers having a magnetic shunt to change the pulse repetition frequency.
The generators can also be constructed differently, namely in accordance with the invention consist of at least one magnetic amplifier with self-saturation and two cores, on each of which a working winding and a control winding are housed, the two working windings that can be connected to an alternating current source in series and to a one-way or full-wave rectifiers with uncontrolled valves are connected and the control windings are also connected in series for common feeding from a direct current source. Generators of both types are capable of supplying systems with pulses of a relatively low frequency (50-300 pulses per second) with practically unlimited output, whereby an increase in output and a reduction in tool wear can be achieved.
Because ion or electronic devices are no longer needed, such generators can be used to simplify and increase the safety and service life of the entire system compared to the known static systems.
The invention is described in more detail below using exemplary embodiments which are illustrated in the drawings. In these, Figs. 1-9 show circuit diagrams of pulse generators with peak transformers and Figs. 10-14 in the circuit diagram show generators with magnetic amplifiers.
In Fig. 1 the basic circuit diagram of a single-pole pulse generator is shown, which consists of a single-phase transformer and a half-wave rectifier.
The primary winding 1 of this pulse transformer is located on the unsaturated part 2 and the secondary winding 4 is located on the saturated part 3 of the transformer core, which is provided with a magnetic shunt 5. The magnetic resistance can be controlled by changing the air gap between the magnetic shunt and the main magnetic conductor of the core. The secondary winding 3 is connected to the erosion gap 8 via a rectifier 6 and an additional resistor 7.
A sinusoidal voltage is fed to the primary winding 1 of the transformer. The secondary “peak shape” voltage is picked up by the secondary winding and converted by means of the rectifier 6 into a sequence of single-pole pulses which reach the erosion gap 8 via the additional resistor 7. The frequency f of this pulse train is equal to the frequency of the alternating current in the supply network.
2 shows the circuit diagram of a single-pole pulse generator consisting of a single-phase transformer and a full-wave rectifier, from which a pulse train with the frequency 2f is delivered to the erosion gap 8. A pulse train of the same frequency is supplied by the generator according to FIG. 3, which consists of a single-phase transformer and a full-wave rectifier connected in a bridge circuit.
The generator shown in Fig. 4 consists of a group of three delta-connected single-phase transformers of the type described and a three-phase half-wave rectifier, and generates a pulse train at frequency 3f.
5 shows the circuit diagram of a generator which again consists of a group of three single-phase transformers connected in a star on the primary side, to which a three-phase full-wave rectifier is connected, at the output of which a pulse train with the frequency 6f is obtained. Pulses with the same repetition frequency can also be generated by means of the generator shown in FIG. 6, which is constructed from three of the aforementioned single-phase transformers and a three-phase full-wave rectifier in a bridge circuit.
7 shows the circuit diagram of a generator which generates a pulse train of frequency 3f and consists of a three-phase pulse transformer and a three-phase half-wave rectifier.
The generators illustrated in the circuit diagram in FIGS. 8 and 9 generate pulse trains with the frequency 6f and each consist of a three-phase pulse transformer and a three-phase full-wave rectifier.
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The regulation of the pulse power required to carry out the proposed method for electro-pulse low-frequency machining of metals is done by means of stepwise switching of resistors connected to the working circuit (not shown) and by changing
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the.
The use of single-phase pulse generators is recommended for processing with high currents at low frequencies and ensures high performance of the system. Three-phase generators with increased frequency prove to be advantageous when finishing the surfaces.
It is advisable to use the generators just described in multi-position systems, especially in automatically operated plant departments.
Generators of the type of magnetic amplifiers (Fig. 10-14), can find a largely universal application.
As FIG. 10 shows, two windings 9, the consumer 12, namely the erosion gap, and a rectifier z. B. a semiconductor rectifier connected in series. An additional resistor (not shown) can be connected upstream of the erosion gap. This chain is connected to the AC power supply. Each of the windings 9 is accommodated on an iron core 10, which also carries a control winding 13. The two control windings are connected in series and to the terminals of a DC voltage source.
By changing the current intensity in the control windings 13, it is possible to obtain current pulses in the load circuit with a pulse ratio that varies depending on changes in the control current, at the same time the mean current intensity in the load circuit changes, whereby a reduction in the load current corresponds to an increase in the pulse ratio which results in an increase in the processing quality of the surfaces.
According to the circuit diagram of FIG. 11, the AC network is connected in series with the load 12 and the windings 9 of the magnetic amplifier; Rectifier switched on, which consists of four valves 11 in a bridge circuit. In comparison to the circuit according to FIG. 10, the pulse frequency and the mean current intensity are doubled.
In the circuit diagram according to FIG. 12, a transformer 14 is used, the secondary winding of which has a center tap. In series with the transformer secondary winding are the windings 9 of the magnetic amplifier and the non-controllable valves 11 of the rectifier.
The load 12 is connected between the centers of the secondary winding of the transformer and the windings of the magnetic amplifier. According to this circuit diagram, analogously to the one explained above, the windings of the magnetic amplifier are switched alternately one after the other under load and the pulse frequency is 2f, if f means the frequency of the alternating current in the supply network.
The single-pole pulse generator according to FIG. 13 consists of three single-phase one-way generators, which are connected according to FIG. 10 and connected in a star connection to form a three-phase system and feed a common load 12. The pulse repetition frequency after this circuit is 3f and the pulse ratio is slightly lower than with single-phase circuits.
The single-pole pulse generator according to the circuit of FIG. 14 consists of three generators which are interconnected to form a three-phase system with a bridge rectifier made up of six uncontrolled valves 11 which work on a common load 12. The pulse repetition frequency of this generator is 6f.
In the generators according to FIGS. 11, 12 and 14 operating with full wave rectification, additional short-circuited windings 15 are provided, which serve to eliminate the even harmonic components of the output voltage of the generator.
Analogous to the generators equipped with pulse transformers, single-phase and three-phase circuits with half-wave rectifiers are also most expedient for practical use in the case of generators of the type of magnetic amplifiers, since they enable current pulses of the greatest power to be used with the highest value of the pulse ratio, which is the highest power corresponds.
Circuits with full-wave rectifiers are to be preferred where a smoothly machined surface
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che is required.
PATENT CLAIMS:
1. Electro-erosion process for material removal from metals by means of a sequence of single-pole Bo -
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gie the individual impulses of the sequence on a Wcrt of several hundred watt seconds, at the same time the pulse duration r depending on the energy of the individual impulses on a value between 2000 and several tens of thousands of microseconds and by reducing the pulse repetition frequency das
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the value is maintained and thereby the wear of the electrodes is reduced and a value of the removal rate between 7000 and several tens of thousands of mm3 / min is achieved.